培養問題解決能力的創客學習活動模型構建與應用

摘要：作者結合創客學習的特征、問題解決過程及影響因素、學習活動要素等，初步構建了創客學習活動模型，并以模型設計“智能羅漢果管理”的創客學習活動為例，開展教學實踐，以期能夠培養學生的問題解決能力，提升學生的實踐創新素養。

關鍵詞：問題解決能力；創客學習；活動設計

中圖分類號：G434 ?文獻標識碼：A ?論文編號：1674-2117（2023）16-0074-05

引言

問題解決能力是創新型人才的核心能力之一，也是21世紀學生必備的核心素養。創客教育是培養跨學科解決問題能力、團隊協作能力和創新能力的一種素質教育[1]，其以創造性、實踐性、協作性、探究性的優勢成為問題解決能力培養的有效載體。

但在創客教育活動的設計方面，研究者多基于設計思維、項目式學習來構建教學模式和框架，且在當下中小學創客教育的開展中，存在“造創失衡”現象，較少關注學習活動隱含的因果等科學合理的邏輯關系。[2]因此，筆者通過構建創客教育學習活動模型，設計系統化、連貫性的創客教育學習活動，以期能夠培養學生的高階思維能力。

培養問題解決能力的創客學習活動模型構建

筆者以建構主義理論、學習活動為中心的教學設計理論、斯滕伯格的成功智力三元理論為指導，在分析創客學習活動開展現狀的基礎上，結合問題解決過程和影響因素、學習活動要素等，初步構建了如下頁圖所示的學習活動模型。

1.問題解決過程和影響因素洞悉

筆者從心理認知、學習者行為以及教學、測評等角度梳理了問題解決過程，具體如第76頁表所示。

2.學習活動要素分析

筆者結合創客教育的特征，將學習活動要素定位為學習目標、學習任務、活動形式、活動規則、活動過程、活動共同體、活動環境等。學習目標要注重創客知識與技能的遷移，注重問題解決過程中的思維形成與發展；學習任務的設計要符合學生的最近發展區，具有層次性和相關性；活動形式包括學習方式和開展形式，學習方式指設計型學習、項目式學習、探究式學習等，開展形式可依托于信息科技課程、綜合實踐課程，也有工藝品制作、項目設計等；活動規則主要規范和引導學習者問題解決過程中的行為，包括探究規則、協作規則、獎懲規則等；活動共同體是教師和學生，要發揮共同體認知共享、動態發展的優勢；活動過程決定學習活動的質量和能力培養的效果，師生活動是高階思維能力培養的關鍵；活動環境包括物理環境、技術環境、情感環境等，對活動過程起到有效的支持作用。不同要素互相聯系，發揮不同作用，支持活動主體展開學習。

3.學習活動的設計原則

（1）問題驅動原則

教師要秉持問題驅動的原則，在活動的各個環節，通過問題驅動學生開展創客學習與制作，促進問題解決策略的構建和遷移，培養學生的反思性思維和批判性思維。

（2）以學生為中心原則

在學習活動設計中要堅持以學生為中心的原則，從物理、技術、情感環境上促進學習者建構和發展。活動形式契合學生特征，活動規則和活動評價促進學生在創客學習過程中有序進行設計和制作，發展元認知能力。

（3）邏輯性原則

在橫向維度上，要注重教學內容的跨學科性，培養學生的跨學科思維，促進學生建構完整的知識結構體系；在縱向維度上，要把握學生思維發展邏輯和學習規律。同時，在學習活動的設計中，教師要注意學生發散思維和聚斂思維的承接和轉化，保持循序漸進的連貫狀態，促進“知識—實踐—創造”的融合互化。

（4）靈活性原則

創設情境的靈活性體現在可以是真實、模擬情境，抑或是角色扮演的切身體驗。學習任務的靈活性在于協調有效性和趣味性。[3]前者促進學生進行意義建構、技能遷移等，后者激發學生學習動機。活動規則的靈活性取決于活動主題和活動形式。活動過程的靈活性在于處理好自主性和引導性、無序性和有序性之間的關系。

（5）協同創新原則

在小組合作學習中，教師引導學生通過創意共享，協作會話，不斷更新知識網絡，進行更高層次的意義建構和互動創生，培養學生的設計和創新思維，激發學生持續創新創造的動力。

（6）多元評價原則

多元評價表現在以下三個方面：一是對學生在問題解決、創意物化時表現的能力進行多維度評價，評價內容包括面向問題的態度、問題解決的過程和問題解決的品質。二是評價方法多樣，采用量化和質性相結合的Q-C-Q評價方法，結合課堂觀察記錄表、學習過程材料、學生作品、師生訪談、能力調查問卷和測試題綜合評價。三是評價主體多元化，主要包括教師評價、學生評價（自評和互評）、助教評價等。

4.學習活動的支持策略

（1）問題設計策略

在情境創設中，要隱含學生可以感知，并通過努力可以解決的問題。在理解探究環節，提供發現問題的角度；在分析表征環節，設計啟發性的問題，幫助學生創意構想；在規劃方案環節，設計問題引導學生思考方案的組成、效果，選擇最優方案，并完善方案；在執行方案環節，設計問題搭建學生新舊認知橋梁，引導選擇適合的工具和材料，進行創意物化；在反思與總結階段，設計問題助力學生自我評價與反思，促進學生互評。

（2）學習支架策略

學習支架的設計要基于學習目標、學生需求和最近發展區。支架要根據不同的問題解決階段和發展障礙，適時提供和調整強度，且應具有層次進階性和動態性。教師可以搭建概念圖、問題提示等概念型支架，促進學生理解情境、表征問題；可以搭建作品范例、方案表等策略性支架，啟發創意，明晰思路；可以搭建討論記錄表、同伴互評表等協作學習支架，引導學生協作學習，解決問題；還可以搭建反思總結表、作品評價量規等元認知支架，支持學生計劃、監控、調節問題解決過程。

（3）邏輯發展策略

在橫向維度上，教師要結合生活中的問題，發掘不同學科知識的互聯性和融合性，培養學生的跨學科思維和搭建圖示的能力，將多種知識組合內化為創客知識。在縱向維度上，教師需尊重學生的認知發展和學習規律，注意驅動問題、學習支架的進階性，思維培養的漸進性，由淺入深地引導學生進行“知識—實踐—創新”的融合互化。把握問題解決的邏輯，解釋相關概念性、程序性知識，教授不同類型問題的解決策略，輔助學生有效解決問題，創意物化。

（4）動態調整策略

教師在學習活動的開展中，可根據學習任務的復雜性和學生的完成度適當分解任務，學生自主探究和教師引導的比重也需要根據實際衍生的問題特征、學生思維能力發展情況予以調整。為促進組內和組間更好地合作學習，教師需在一段時間后對小組成員予以調整，促進學生的差異化發展和整體性進步。

（5）技術支持策略

技術的選擇要從現實性、可接受性、有效性三個維度考量。現實性指考慮當地的信息化建設情況，可接受性指師生的數字素養及對技術的易用性感知，有效性指技術支持學生知識建構、認知發展的效果。在學習活動中，教師可以根據實際情況選擇相關技術工具。思維導圖、創意啟示工具等可以幫助學生發散思維、完善知識體系；電子表格、編程軟件、3D打印等可幫助學生進行原型構建；智慧平臺、可視化軟件可采集學習過程數據，輔助創意共享和科學評價。

基于創客學習活動模型的教學實踐

筆者基于創客學習活動模型以“智能羅漢果管理”的創客學習活動為例設計了創客學習活動，并在某中學開展了教學實踐，教學活動主體為初三某班級學生。筆者基于周乾制訂的問題解決能力測評問卷[4]，結合本研究進行適當改編。首先對其他班級進行初測，用SPASS軟件做信效度分析。得到總的克隆巴赫α系數為0.931，KMO值為0.693，信效度良好。然后對實踐班級正式發放問卷，并采用Allinson等開發的認知風格量表測試學生的認知風格。最后結合學生的認知風格、能力水平和創客學習工作量，將該班級35名學生分為7個小組。

1.創客學習活動過程設計及評價

①理解探究。

教師活動：課上播放視頻《羅漢果知多少》，創設情境。從生長習性、地域選擇、外界影響、方法探究等角度提供問題選擇支架。

學生活動：進入情境，了解羅漢果的特點、價值等。學生頭腦風暴，繪制電子概念圖，提出有價值的問題。

設計意圖：創設情境，提供問題選擇支架，培養學生的“共情”能力和問題意識。

②分析表征。

教師活動：在創客學習平臺上發布資料，提供問題表征支架，創意啟示工具，如如何用條件判斷、閾值設置將生長條件模擬轉化？引導學生將學科知識內化為創客知識。

學生活動：查閱資料，分析問題，聯系舊知，轉化成模擬模塊，用思維導圖理清解決問題需要的工具和知識技能，實現思維可視化，創意構建。

設計意圖：讓學生自主探究、深入思考、發散思維，培養學生的分析問題與遷移轉化能力。

③規劃方案。

教師活動：提供任務單、方案表、思路框架圖、討論記錄表等，講解選擇結構、循環執行等程序知識，引導學生認知共享，從管理功能分類、環境模擬等方面設計方案。

學生活動：根據相關支架，結合前期分析，確定功能預設、實現方法、實物設計、所需器件等。確定整體性研究思路，規劃方案。

設計意圖：培養學生的編程素養、整體規劃能力和表達交流能力。

④實施方案。

教師活動：提供方案執行支架，提出程序性問題，如養殖基地的模擬、軟硬件的調試、結構設計等，適時指導學生實踐和創新，動態化調整活動進度和指導策略。

學生活動：任務分工，發揮團隊成員優勢，借助數字化工具進行原型構建，及時在學習平臺上記錄創作過程和難點。

設計意圖：提高學生的動手實踐能力和協作解決問題能力，不斷完善方案。

⑤反思總結。

教師活動：提供反思總結表、作品評價量規等，組織組內、組間評估和展示，適時提出反思性問題，維持好活動秩序。對展示交流活動進行總結，提出修改建議和可創新之處。

學生活動：反思羅漢果的管理問題是否解決、學習任務是否完成，然后通過交互式白板進行創意展示，集思廣益，為優化作品打下基礎。

設計意圖：發展學生反省思維和批判思維，培養學生的元認知優化能力。

⑥優化作品。

教師活動：從子功能完善、子功能增設、智能交互等角度提出互動問題，啟發優化思路。

學生活動：思考具體優化方法，如可以從環境溫控等方面進行子功能完善，從智能報警等方面進行子功能增設，從人臉識別和語音交互方面實現智能交互。

設計意圖：培養學生的創新能力和創造性問題解決能力。

筆者采用Q-C-Q綜合評價法，結合課堂觀察記錄表、學習過程材料、學生作品、師生訪談、能力調查問卷和測試題綜合評價。

2.效果分析

筆者對該班級學生發放問題解決能力測評問卷，從面對問題的態度、問題解決的過程、問題解決的品質三個維度進行前后測分析，進行配對樣本T檢驗，分析學生問題解決能力的發展情況。

從結果分析來看，三個維度的前后測差異性均小于0.05，說明差異較為顯著。其中，問題解決的態度變化最為顯著，源于學習活動對學生面對問題的態度影響較為直接，但差異性最小的是問題解決的品質，這可能由于問題解決的品質培養是個長期的過程。整體來看，顯著性小于0.05，說明學習活動起到一定的培養效果。本研究結合質性分析，發現學生的問題解決態度更積極、思路更清晰、問題解決方法也更多樣，這些能共同促進問題解決能力的提升。

結論與展望

筆者通過教學實踐得出，基于創客學習活動模型設計的學習活動能有效培養學生的問題解決能力，發展設計思維和創新思維。但培養效果會受到學習活動開展的質量、周期等影響。本次研究開展的教學實踐次數較少，樣本有限，而問題解決能力的培養需要一定的時間。今后會開展多輪行動研究，并優化學習活動模型和支持策略，設計多種內容和類型的學習活動，減少無關變量的影響，培養目標逐漸向創新性、協作性問題解決能力過渡。

參考文獻：

[1]梁文森.中國創客教育藍皮書（基礎教育版）[M].北京：人民郵電出版社，2016：60.

[2]李琳，趙慧臣.知行創融合的創客教育學習活動序列化設計[J].開放教育研究，2023，29（01）：112-119.

[3]彭紅超，祝智庭.面向智慧課堂的靈活深度學習支架設計研究[J].中國電化教育，2023（04）：23-31.

[4]周乾.面向問題解決能力培養的“STEAM+場館”學習活動設計[D].無錫：江南大學，2022.

作者簡介：張夢瑤（1998—），女，山東濟寧人，碩士在讀，主要從事中小學創客教育、教育信息化研究。